TW202327859A - 用於形成任意形狀的基於纖維束的預成型件的裝置和方法 - Google Patents

Abstract

一種由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，包括與機械臂連接的加工頭。所述加工頭包括至少兩個輥、加熱區、及冷卻區。所述預成型件前體材料的長度可穿過輥並固定在輥的第一端。所述加工頭沿著由機器人頭的移動限定的路徑相對於預成型件前體材料移動。所述路徑與基於纖維束的預成型件所期望的形狀相符。移動時，所述加工頭軟化所述預成型件前體材料的經過兩個輥的部分，二者組合逐漸將預成型件前體材料的形狀改變為預成型件的形狀。經過輥之後，預成型件的新形成的區域被冷卻以固定其形狀。所述加工頭繼續相對於預成型件前體材料移動，直到預成型件完全成形。

Description

用於形成任意形狀的基於纖維束的預成型件的裝置和方法

本發明涉及模塑工藝，更具體地，涉及用於壓縮模塑工藝的進料組分的製備。

申請人的壓縮成型工藝為，例如美國專利US 2020/0171763中所述，基於基於纖維束的預成型件（“FBB預成型件”）的使用。這些FBB（Fiber-Bundle-Based，基於纖維束）預成型件由一束多個、共排列、相同長度的樹脂潤濕纖維組成。每一纖維束中的多個纖維通常以千的倍數（例如1千、1萬、2.4萬等）存在。所述纖維與其主預成型件的長軸對齊。

所述FBB預成型件來源於絲束預浸工藝或樹脂浸漬工藝（以下簡稱“預成型件前體材料”），且通常針對要模塑的每個產品形成特定形狀。無論來源如何，所述纖維束以及由其產生的FBB預成型件的橫截面通常大致為圓形。因此，所述橫截面的縱橫比（寬度與厚度的比）通常接近1：1。因此，所述FBB預成型件與現有技術的進料組分（無論它們是否被稱為“預成型件”）有所區別，包括具有相對平坦形狀因素的預成型件，如（i）膠帶/絲帶（其如上所述的橫截面的縱橫比通常為10到30之間），（ii）纖維片，（iii）纖維片的切屑，和（iv）層壓板。

目前，FBB預成型件的製造工藝局限於在每個彎曲處具有小半徑的角彎曲，通常會形成多邊形的預成型件。一些形狀更複雜的預成型件通過多個彎曲來製備，這些彎曲共同形成大的彎曲半徑。預成型件的多形性通常需要製造過程中的其他地方做出讓步，例如在壓縮模具或預成型件裝料夾具（即，用於將原料放置在壓縮模具中製備預成型件組件的夾具）中使用較大的空腔，或者需要使用較小直徑的細絲。對於某些專案，這種成型工藝無法生產出合適的預成型件。

此外，控制預成型件前體材料的橫截面的形狀可能是困難的，並且具有圓形橫截面的標準細絲不是所有應用的理想形狀。

本發明提供了一種製備FBB預成型件的方法，該方法可避免現有技術的一些成本問題和其他缺點。本發明的實施例提供了一種用筆直長度的預成型件前體材料（“PPM”）製造具有任意形狀的FBB預成型件的方法。此外，在一些實施例中，PPM的橫截面形狀可根據需要改變。

在一些實施例中，一種用於形成FBB預成型件的裝置包括加工頭，該加工頭包括兩個輥、加熱器、冷卻器，其被設置為可提供加工頭和PPM之間的相對運動。在示例性實施例中，可通過機械臂提供所述相對運動。在操作中，所述加工頭將PPM加熱到可延展的程度，然後將加熱的材料重塑為所需的形狀。

使用申請人的現有流程，PPM在處理過程中通常處於張緊狀態。本發明的實施例並非如此。因此，在任何其他區別中，該裝置不需要額外的材料處理機構來產生這種張緊。與用於後續模塑操作的成形/定位前體材料的其他工藝相比，本發明的實施例在自由空間中形成預成型件，不受模具或其他成形裝置的約束。

本發明要求2021年11月29日提交的美國專利申請U.S. 63/283,942的優先權，引用併入本文。

定義。用於本說明書和申請專利範圍中中以下術語被定義： • “絲束”是指一束纖維（即纖維束），除非另有規定，否則這些術語在本文中可互換使用。絲束通常有數千根纖維：1千的絲束、4千的絲束、和8千的絲束等。 • “預浸料”是指浸漬有樹脂的纖維。 • “絲束預浸”是指浸漬有樹脂的纖維束（即絲束）。 • “基於纖維束的預成型件”或 “ FBB 預成型件”（Fiber-Bundle-Based，基於纖維束）是指一束多個、共排列、相同長度的樹脂潤濕纖維。每束中的多個纖維通常以千的倍數（例如1千、1萬、2.4萬等）存在。纖維與其主預成型件的長軸對齊。束通常（但不一定）來自具有較長的長度的絲束。也就是說，束是絲束預浸的已切割成所需尺寸的絲束段，並且在許多情況下，將其成形（例如，彎曲、扭曲等）為特定形狀，適合於被模制的特定部件。或者，如本領域具有通常知識者所知，纖維束可以直接從浸漬工藝中獲得。無論來源如何，纖維束以及FBB預成型件的橫截面通常基本上為圓形。因此，橫截面的縱橫比（寬度與厚度比）通常接近1：1。因此，FBB預成型件與現有技術的進料組分，如BMC（塊狀模塑膠）、SMC（片狀模塑膠）、以及具有相對平坦形狀因素的進料成分，如（i）膠帶/絲帶（如上所述的橫截面的縱橫比通常為10到30之間）有所區別，（ii）纖維片，（iii）纖維片的切屑，和（iv）層壓板。 • “固結”是指在模塑/成型工藝中，在一組纖維/樹脂中，盡可能去除空隙空間，並將其作為最終部件的可接受部分。這通常需要通過使用氣體加壓（或真空）或機械施力（例如，輥等）和升高的溫度（軟化/熔化樹脂）來顯著提高壓力。 • “部分固結”是指在模塑/成型工藝中，在一組纖維/樹脂中，空隙空間沒有被去除到最終成型的部件所需的程度。作為一個近似值，完全固結比部分固結需要多一到兩個數量級的壓力。作為進一步非常粗略的概括，要將纖維複合材料固結至約為完全固結的80%，只需要獲得完全固結所需壓力的20%。 • “壓縮成型”是一種成型工藝，涉及在一段時間內對進料組分施加熱量和壓力。對於申請人的工藝，施加的壓力通常在500psi至3000psi的範圍內，溫度，作為所使用的特定樹脂的函數，通常在150°C至400°C的範圍內。一旦施加的熱量使樹脂的溫度升高到其熔融溫度以上，它就不再是固體。然後，通過施加的壓力，樹脂將符合模具的幾何形狀。升高的壓力和溫度通常保持幾分鐘。此後，冷卻模具，然後收回撤銷。然後從模具中取出成品部件。 • “大約”或 “實質上”是指相對於規定數字或標稱值的+/-20%。 •   其他定義在本說明書的上下文中提供。

預成型件前體材料。

預成型件前體材料（Preforms Precursor Material，PPM）通常來自絲束預浸，但也可以來自樹脂浸漬生產線的輸出。PPM通常具有圓形橫截面的束的形式，包括數千根共排列的樹脂浸漬的纖維，通常為1000根的倍數（例如，1千、1萬、2.4萬等）。

單個纖維可以具有任何直徑，其通常但不一定在1至100微米的範圍內。單個纖維可以包括外塗層，例如但不限於上漿，以便於加工、黏合劑的黏附、最小化纖維的自黏附、或賦予某些特性（例如，導電性等）。

每個單獨的纖維可由單個材料或多個材料（例如以下列出的材料）形成，或者其本身可以是複合材料。例如，單個纖維可以包括（具有第一材料）芯，該芯塗覆有第二材料，例如導電材料、電絕緣材料、導熱材料或熱絕緣材料。

就組成而言，每個單獨的纖維可以是例如但不限於碳、碳納米管、玻璃、天然纖維、芳族聚醯胺、硼、金屬、陶瓷、聚合物、合成纖維等。非限制性的例子中，金屬纖維包括鋼、鈦、鎢、鋁、金、銀、任何前述元素的合金和形狀記憶合金。“陶瓷”指所有無機和非金屬材料。非限制性的例子中，陶瓷纖維包括玻璃（例如，S玻璃、E玻璃、AR玻璃等）、石英、金屬氧化物（例如，氧化鋁）、矽酸鋁、矽酸鈣、岩棉、氮化硼、碳化矽、及上述任何一種的組合。非限制性的例子中，合適的合成纖維包括尼龍（聚醯胺）、聚酯、聚丙烯、間芳綸、對位芳綸、聚苯硫醚、和人造絲（再生纖維素）。

任何在熱和/或壓力下可與自身結合的熱塑性或熱固性的樹脂可用於本發明的實施例中。

與本發明的實施例結合使用的示例性熱塑性樹脂包括但不限於丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、乙烯四氟乙烯（ETFE）、氟化乙烯丙烯（FEP）、液晶聚合物（LCPs）、聚醯胺（尼龍）、聚芳醚酮（PAEK）、聚苯並咪唑（PBI）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚碳酸酯-ABS（PC-ABS）、聚乙烯（PE）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚醯亞胺（PEI）、聚醚碸（PES）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、全氟烷氧基共聚物（PFA）、聚醯亞胺（PI）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚甲醛（聚縮醛）（POM）、聚丙烯（PP）、多磷酸（PPA）、聚苯醚（PPE）、聚苯氧基（PPO）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯碸（PPSU）、聚苯乙烯（PS）、聚碸（PSU）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、苯乙烯-丙烯腈（SAN）和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）。熱塑性塑膠可以是熱塑性彈性體，例如聚氨酯彈性體、聚醚酯嵌段共聚物、苯乙烯嵌段共聚物，聚烯烴彈性體、聚酯嵌段醯胺、熱塑性烯烴、彈性體合金（TPE和TPV）、熱塑聚氨酯、熱塑共聚酯、熱塑聚醯胺、和熱塑性矽酮硫化膠。

非限制性的例子中，合適的熱固性材料包括芳醛樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺、苯酚/甲醛、聚酯、聚六氫三嗪、聚醯亞胺、多異氰酸酯、聚脲、矽酮、脲/甲醛、乙烯基酯、苯酚、和聚碳酸酯。合適的熱固性材料可製備來作為部分固化的B階段。

圖1為根據本發明的示例性實施例的用於形成任意形狀的預成型件的系統100。關於這點，術語“任意”用於表示預成型件可成型為任何形狀，最明顯的是包括平滑彎曲，其包括曲率半徑相對較小（高曲率）的平滑彎曲。

系統100的主要元件包括機械臂102和加工頭104，如圖所示二者彼此耦合。圖1僅示出了機械臂102的遠端。在機械臂102引導下，在自由空間中移動，加工頭104將長直型的PPM120加工為預成型件126。

機械臂102提供加工頭104和PPM120之間的相對運動。為了形成二維預成型件形狀，PPM120和加工頭104之間的相對運動需要在X方向、Y方向和θ方向（即繞Z方向旋轉）進行。為了形成三維預成型件形狀，需要所有六個自由度（DOF）（X軸、Y軸、Z軸、和圍繞每個軸的旋轉）。

在示例性實施例中，使用機械臂的6個自由度。加工頭104安裝到機械臂102，且PPM120在成型期間保持靜止。

在其他實施例中，6個自由度在PPM120和加工頭104之間以各種組合進行劃分，但這樣的系統比圖1所示的系統100更複雜。例如，在本發明的一個實施例中，系統具有固定的加工頭，隨著處理的進行，在越來越長的移動中需要移動PPM120。並且，在FBB預成型件中產生180°彎曲的實施例中，PPM120的保持點必須沿著錯綜複雜的線路徑從加工頭104的一側移動到另一側。對於成型二維FBB預成型件的系統，PPM120可以沿X方向和Y方向移動，而加工頭104可沿θ方向移動。

參考圖1和圖2，加工頭104包括加熱區106、輥108、和冷卻區110。圖中，這些區被包圍。

再參考圖3，輥108被安裝成彼此相切，並且輥108中的一個或兩個包括至少一個凹槽330，該凹槽330的尺寸與PPM120的直徑相匹配，使得PPM120可以穿過兩個輥108之的開口。在所形成的預成型件的任何位置處可實現的最小內半徑等於輥108的凹槽330部分的外半徑。

在一些實施例中，在一個輥108中存在足夠深以容納PPM120的全部直徑的凹槽；在所示的實施例中，每個輥108容納PPM120的“半球”（即PPM120的橫截面的一半）。

輥108由能夠承受加工熱（即PPM120軟化的溫度）、限制機械加工部件與PPM 120之間的摩擦、並抑制PPM120黏附到輥108的材料製成。合適的材料包括但不限於具有精密特徵和高拋光度的不銹鋼。

在示例性實施例中，輥108是自由旋轉的。然而，在一些實施例中，輥108被驅動以進一步減少摩擦效應。在說明性實施例中，輥108安裝到氣動夾具（未示出）上，這使得兩個輥108能夠沿朝向彼此或遠離彼此的方向移動。這使得加工頭104能夠與PPM120接合和脫離。

加熱區106可加熱輥108一側的PPM120。加熱區106由加熱器（未示出）加熱。在一些實施例中，加熱器可為熱風機，其引導熱空氣穿過加工頭104內的通道。在一些實施方案中，加熱器通過封裝PPM120的一部分形成的噴嘴（未示出）吹送熱空氣，僅加熱特定部分，精確控制工藝。在一些其他實施例中，加熱器可為雷射器，相較於熱空氣，該雷射器將更快速、有效和準確地加熱PPM120。

較短長度的PPM120將在任何給定時間暴露於熱量中，其中該長度和加熱器功率決定了可實現的處理速度。在PPM120保持靜止的實施例中，“熱側”（即，加熱區106所在的一側）在加工頭104移動的方向（由圖1中的“箭頭”指示）上位於輥108的“前面”。

加熱器需要施加足夠的功率，以使PPM120快速達到處理溫度。本領域技術人員能夠設計和供應適合於以期望的速率加熱PPM120的加熱器。

冷卻區110將輥108和加工頭104的其他元件保持在遠低於PPM120的加工溫度的溫度。此外，在一些實施例中，如果需要平衡工藝，冷卻區110用於直接冷卻得到的FBB預成型件126。在這種情況下，FBB預成型件126是離開輥108的部分。

在一些實施例中，冷卻區110可向加工頭104的必須保持相對冷卻的部分提供處於或低於室溫（即，約20°C）的壓縮空氣或其他氣體。在一些實施例中，這是通過加工頭104內的通道（未示出）來實現。在其他一些實施例中，這是通過外部管道等來實現。在一些實施例中，壓縮空氣或其他氣體也可在預成型件126離開輥108時直接輸送到預成型件126。在其他一些實施例中，依靠環境空氣來被動冷卻預成型件。

圖4為根據本發明的用於形成任意形狀的預成型件的方法400。在操作S401中，PPM120的長度，與一些實施例中成型的預成型件的總長度對應，從原料卷軸（未示出）進給，穿過輥108，並在一端（如，參圖1的固定端122）固定。

在一些替代實施例中，輸送與預成型件的一部分相對應的長度的PPM120，並執行連續的成型操作。根據本說明書，在本領域技術人員的能力範圍內修改架構來實施替代實施例。

在操作S402，輥108與PPM120接合，盡可能接近固定端120，例如接合點128（見圖1）。

在操作S403，將與輥108相鄰的PPM120加熱至工藝溫度。在操作S404中，加工頭104然後開始在空間中移動，跟蹤待成型的預成型件的形狀。不斷調整加工頭的旋轉，以使被定義為與每個輥108的中心始終等距的線的軸（以下稱為“加工軸”）與該位置處的預成型曲線相切。

隨著加工頭104移動（基於機械臂102的移動），PPM120，已加熱且具有延展性穿過輥108。這具有將以前的線性PPM120重新塑造為FBB預成型件126期望形狀的效果。

根據操作S405，由於環境空氣冷卻或被引導到其上的壓縮空氣，以及（先前）與輥108的接觸，FBB預成型件126的新成型的部分冷卻到低於加工溫度，從而設定其新形狀。同時，來自未約束端124的PPM120不斷進入加熱區106，並被加熱到加工溫度。當加工頭104的運動速度、加熱速率和冷卻速率都處於平衡時，通過系統100的材料（當加工頭104移動時）在進入輥108之間的空間時總是熱的和可延展的，但在離開時是冷的和固體的。如下面進一步討論的，如果輥108的凹槽330（參圖3）的橫截面形狀不同於PPM120的橫截面形狀，則FBB預成型件126的橫截面將與其所基於的PPM120不同。

根據操作S406，在加工頭104已穿過所需長度之後，形成FBB預成型件126。在PPM 120的起始長度近似等於所成型的FBB預成型件126的起始長度的實施例中，加工頭104將基本上橫穿PPM120的整個長度。在該實施例中，加工頭104繼續向前少量移動，使得輥108之間不再有任何PPM120。如果PPM120的起始長度基本上比新成型的FBB預成型件126長，則輥108分離（例如，通過若干夾具自動分離）以釋放FBB預成型件126。

然後，在接合點128（即，靠近固定端122），將新成型的預成型件從PPM120上切下，並將其運走，以便用於形成預成型件裝料（即，放置在模具中的預成型組件）。在冷側的一小部分的PPM120剛好超過輥108，該小部分的PPM120可能不是預成型件126的一部分。在這種情況下，預成型件126在該位置以及接合點128處從PPM120上切下。

如前所述，相對於形成FBB預製件的PPM120的橫截面，系統100能夠改變FBB預製體的橫截面。因此，從PPM120具有圓形橫截面（或使其易於纏繞/儲存的橫截面）開始，所得到的FBB預成型件的橫截面可根據需要進行改變。

例如，這對於預成型件裝料裝配工藝可能是有利的。更具體地，為了根據申請人的工藝模制零件，FBB預成型件被設置成一個組合件。該組合件的幾何形狀和外形通常與被模制部件的幾何形狀和外形接近。在一些實施例中，通過將FBB預成型件一個接一個地放置到模具中來形成組合件。在一些其他實施例中，FBB預型件首先被設置成“預型件裝料”，然後被放置在模具中。

在預成型裝料中，將多個FBB預成型件“釘”在一起。術語“緊釘”是指加熱至軟化點（但不熔化），以有效地連接FBB預成型件，從而形成單個結構。在某些情況下，最小的壓縮用於加固。通常在特殊夾具中產生的預成型裝料，其與模具（以及零件）或其一部分的形狀相匹配。由於FBB預成型件中的樹脂未被加熱至液化（FBB預型件通常被加熱至高於樹脂的熱偏轉溫度但低於熔點），且施加的壓力通常較低（小於100psig，在某些情況下僅為作用在FBB預形件上的“重力”），預成型件裝料沒有完全固結，因此不能用作成品部件。但一旦以這種方式連接，預成型件將不會移動，從而組合件中每個預成型件保持所需幾何形狀和特定對齊。例如，參美國公開專利US2020/0114596和美國專利US16/877,236。

考慮零件或一部分具有矩形橫截面。如果PPM的橫截面沒有改變，將形成具有圓形橫截面的FBB預成型件。這樣的FBB預成型件包裝效率低下，導致在模具的給定體積中有大量的空隙空間。因此，模具將需要設置的更大（即，更深等）以容納所需的更多數量的未有效包裝的預成型件。此外，利用本發明的實施例，FBB預成型件可以由大直徑的PPM形成，其橫截面被改變以匹配所形成的部件的橫截面。在這種情況下，預成型件的“組合”可以簡單地包括位於模具區域中的一個或兩個矩形橫截面的預成型件。這將減少預成型件裝料裝配過程中所需的拾取和放置操作的數量，減少最終零件的週期時間和成本。

因此，通過系統100形成的FBB預成型件將具有與輥108（參圖3）的凹槽330的輪廓相對應的橫截面。因此，如果由兩個輥的凹槽330共同形成的開口是“方形”的，則所得到的FBB預成型件將具有方形橫截面，即使PPM具有圓形橫截面。在這種情況下，每個輥108的凹槽330將具有矩形輪廓，其寬度等於PPM的直徑，深度等於PPM的深度的一半。所形成的開口的橫截面積將大於向其輸送的圓形PPM材料。可以理解的，PPM的橫截區域和由凹槽330形成的開口必須嚴格地匹配（即，基本上彼此相等）。

因此，在FBB預成型件所期望的橫截面與PPM的橫截面明顯不同的實施例中，使用了多組輥。第一組輥稍微重塑PPM，隨後的每一組輥都會塑造一個更接近最終所需橫截面的橫截面。典型地，每一組隨後的輥都有一個開口，該開口的橫截面積略小於由前一組輥的開口的橫截面積。最後一組輥形成具有所需橫截面的預成型件。在一些實施例中，所有輥都參與預成型件的成形（例如，彎曲成形）。在其他一些實施例中，只有最後一組輥參與預成型件的成形。

在一些實施例中，多個長度的PPM通過一組適當尺寸的輥進給，從而融合在一起，形成單個更大直徑的FBB預成型件。

應當理解，本發明所述的方法和材料對於增強任何複合部件以及部件的任何位置的抗衝擊性是有用的。此外，上述佈置、方法和材料中的任何一種或多種可一起使用以增強抗衝擊性。

100…系統 102…機械臂 104…加工頭 106…加熱區 108…輥 110…冷卻區 120…預成型件前體材料（PPM） 122…固定端 124…未約束端 126…預成型件 128…接合點 330…凹槽 400…方法 S401~S406…操作

圖1為根據本發明的示例性實施例的用於形成任意形狀和橫截面的基於纖維束的預成型件的系統。 圖2為圖1的系統的加工頭的細節。 圖3為圖1和圖2的加工頭的輥的細節。 圖4為根據本發明的示例性實施例的用於形成基於纖維束的預成型件的方法的方塊圖。

100:系統

102:機械臂

104:加工頭

106:加熱區

108:輥

110:冷卻區

120:預成型件前體材料(PPM)

122:固定端

124:未約束端

126:預成型件

128:接合點

Claims (15)

1. 一種由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，所述由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置包括： 機械臂；及 加工頭，與所述機械臂連接，其中，所述加工頭包括： （a）具有第一旋轉軸線的第一輥和具有第二旋轉軸線的第二輥，其中，所述第一旋轉軸線與所述第二旋轉軸線平行且偏移設置，所述第一輥和所述第二輥中的至少一個中具有周向凹槽，所述至少一個周向凹槽具有第一開口，所述第一開口的橫截面的面積至少與所述預成型件前體材料的橫截面的面積一樣大； （b）加熱區，設於所述第一輥和所述第二輥的第一側上；及 （c）冷卻區，設於所述第一輥和所述第二輥的第二側上；及 所述加工頭在物理上適於接收一定長度的所述預成型件前體材料，所述預成型件前體材料固定在所述第一輥和所述第二輥的臨近所述第二側的第一端，且未固定於所述第一輥和所述第二輥的臨近所述第一側的第二端，所述預成型件前體材料穿過所述周向凹槽。
2. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述機械臂包括六個自由度。
3. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置還包括用於產生所述加熱區的熱風機。
4. 如請求項3所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述加工頭包括若干通道，其中，來自所述熱風機的熱空氣穿過導向所述加熱區的所述通道。
5. 如請求項3所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述加熱區包括噴嘴，所述噴嘴接收來自所述熱風機的空氣。
6. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述加熱區接收來自雷射器的雷射。
7. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述冷卻區接收處於室溫或低於室溫的壓縮空氣。
8. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述第一輥的周邊和所述第二輥的周邊彼此鄰接。
9. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述第一開口的形狀由所述至少一個周向凹槽限定，其中，所述第一開口的形狀和所述預成型件前體材料的橫截面的形狀大致相同。
10. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述第一開口的形狀由所述至少一個周向凹槽限定，其中，所述第一開口的形狀和所述預成型件前體材料的橫截面的形狀不同。
11. 如請求項10所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述裝置還包括至少一第三輥和第四輥，其中，所述第三輥和所述第四輥中的至少一個中具有周向凹槽，其中，所述第三輥和所述第四輥中的所述至少一個周向凹槽具有第二開口，所述第二開口的橫截面的面積小於所述第一開口的橫截面的面積。
12. 如請求項1所述的由預成型件前體材料形成基於纖維束的預成型件的裝置，其中，所述第一輥和所述第二輥未被驅動。
13. 一種用預成型件前體材料的線性部分形成具有第一形狀和第一長度的基於纖維束的預成型件的方法，包括以下步驟： （a）固定所述預成型件前體材料的一端； （b）加熱所述預成型件前體材料的一部分； （c）在自由空間中移動兩個輥的同時，將所述預成型件前體材料的被加熱部分在兩個輥之間通過；及 （d）重複步驟（b）和（c），以形成具有第一長度的基於纖維束的預成型件，其中，所述自由空間中的運動產生所述第一形狀。
14. 如請求項13所述的用預成型件前體材料的線性部分形成具有第一形狀和第一長度的基於纖維束的預成型件的方法，其中，還包括：在所述預成型件前體材料的被加熱部分離開所述兩個輥之後，冷卻所述被加熱部分。
15. 如請求項13所述的用預成型件前體材料的線性部分形成具有第一形狀和第一長度的基於纖維束的預成型件的方法，其中，還包括：當所述預成型件前體材料穿過所述兩個輥時，改變所述預成型件前體材料的橫截面的形狀。